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部品の故障はストレスの累積によって引き起こされると仮定すれば、 ストレスを軽減すれば寿命を長くできる (故障率を下げられる) ものと考えられるが、 実際にこれは多くの場合について適用できる。 このストレスの軽減がディレーティングと呼ばれるものであり、 これは信頼性設計の重要な要素である。 ディレーティングは、安全余裕を与えて 偶発的な過大ストレスによる故障の可能性を低減するという効果も持ち、 これも信頼性の向上に寄与する。
電子部品に対する主要なストレスは、温度、電圧、電流、及び電力である。 ディレーティングの効果はその部品とストレスとによって異なるが、 影響が大きい要因については、 大抵はそれぞれの部品メーカーから資料を入手できると思われる。 また、有名な MIL-HDBK-217 のような資料を参考にすることもできる。
電解コンデンサなどについては、 温度を 10℃ 下げれば寿命が 2倍程度となることが期待できると言われており、 これは温度の影響の推定のために使用できる。 これを単純に適用すれば、 例えば 105℃ で寿命が 1000時間の電解コンデンサは、 35℃ で使えば 100,000時間程度の寿命が期待できそうだということになり、 適切なディレーティングが 信頼性の向上に極めて大きな効果を持つ場合があることがわかるであろう。
だが、全てのストレス源が同じような効果を持つわけではなく、 例えばアルミ電解コンデンサについては 電圧のディレーティングはそれほど効果的ではないと言われている。
さらに、ストレスを下げ過ぎると 信頼性が低下する場合があることにも注意が必要である。 例えば、スイッチやリレーのような部品は、 接点に与えるエネルギー (電圧、及び電流) が低過ぎると 接触不良を生じやすくなることがある。 また、自己回復性 (電極の局所的な短絡が起きるとその部分にエネルギーが集中して その部分の蒸着膜を破壊し、絶縁を回復させる) を持つメタライズド・フィルム・コンデンサは、 印加する電圧が低過ぎると自己回復動作が行なわれなくなり、 結果的に信頼性が低下する可能性がある。
このように、ディレーティングの影響が部品によって異なること、 また、そもそもディレーティングは他の要因 (主に大きさとコスト) との トレードオフの関係にあることから、 個々の部品の特性や自分の製品に必要な信頼性を充分に理解した上で、 適切な判断を行なうことが必要となろう。
実際には、例えば 85℃ の電解コンデンサの使用温度は 40℃ 以下、 半導体に印加する電力は最大許容損失の 50% 以下といった具合に、 標準的なディレーティングを設計基準として定めている場合も多いかも知れない。 適切なディレーティング基準を定めておけば、 とりあえずはその基準を適用して設計を行ない、 その後に必要に応じて信頼性の評価を行ない、 信頼性が不足する部分があればディレーティングの強化や部品の変更を検討する、 というアプローチを取れるようになる。
多くの電力部品 (電力半導体や電力抵抗など) は、 周囲温度が高い場合に最大許容電力が低下するように規定されており、 これもディレーティングと呼ばれる。 だが、これは周囲温度による電力定格の低減であり、 上で述べたような定格に対するストレスの軽減とは意味が異なる。 このようなディレーティング要求のもう１つの例は、 コンデンサの許容リップル電流の規定である。 使用する部品でそのようなディレーティングが要求されている場合には、 その要求に従ってディレーティングした値に対して、 さらに必要に応じて上で述べたようなディレーティングを行なうことになろう。
by Tom Sato, 2002-08-31